9.7. Газовая сварка и наплавка

Источником тепла при газовой сварке является пламя, получаемое при сгорании горючих газов в технически чистом кислороде. В качестве горючих газов применяются ацетилен, водород, природный газ, пропан-бутан, пары бензина и керосина и др. Из-за простоты выполнения сварки и получения высокой температуры пламени чаще всего используется ацетиленокислородная сварка.

Г



азовая сварка и наплавка уступает электродуговой по следующим позициям:

1. Большая зона теплового влияния приводит к большим деформациям детали при сварке.

2. Расходы на газ выше, чем расходы на электроэнергию.

3. Трудность механизации и автоматизации.

4. Ниже по производительности, т. к. максимальная температура в зоне горения газа (ацетилена) — 3150 С, а в зоне горения электрической дуги — 6000 С.

5. Взрывоопасность горючих газов и кислорода.

Несмотря на эти недостатки, газовая сварка широко используется при ремонте машин, т. к. эффективна при сварке тонколистового материала кабин, кузовов, баков и радиаторов, чугунных и алюминиевых деталей, при ремонте и монтаже трубопроводов. Достоинствами газовой сварки являются простота и высокая транспортабельность оборудования, возможность выполнения работ при отсутствии электросети, удобство регулирования процессом во время сварки. Немаловажной является возможность использования газового пламени для пайки и резки металлов.

Ацетиленокислородная сварка выполняется при сгорании ацетилена в кислороде (рис. 9.28), подаваемом из кислородного баллона, и в кислороде, имеющемся в воздухе.

В первой зоне, так называемом ядре, смесь подогревается до воспламенения и происходит частичный распад молекул ацетилена:

С₂Н₂  С₂ + Н₂.

Во второй зоне, называемой сварочной частью, происходит сгорание ацетилена в чистом кислороде, подаваемом из баллона:

С₂ + Н₂ + О₂  СО + Н₂.

В третьей зоне, называемой факелом, догорает ацетилен в кислороде воздуха:

СО + Н₂ + О₂  СО₂ + Н₂О.

В зависимости от подачи кислорода можно получить нормальное, окислительное и науглероживающее пламя. При нормальном пламени горючее сгорает полностью; для этого требуется соотношение кислорода с ацетиленом 2,5:1, причем из баллона поступает 1,1…1,15 его часть, а остальной кислород — из воздуха. Окислительное пламя (избыток кислорода) используется для резки металлов и для сварки латунных деталей. Науглероживающее пламя (при избытке ацетилена в газовой смеси) применяется при сварке чугуна, алюминия и малоуглеродистых сталей.

Рис. 9. 28. Схема образования пламени и распределения температуры по зонам ацетилено – кислородной сварки

Кислород получают (рис. 9.29) методом глубокого охлаждения воздуха до температуры –194,5 С. При этой температуре кислород будет уже в жидком (температура сжижения его –183 С), а азот — еще в газообразном состоянии, т. к. температура сжижения у него еще ниже (–196 С).

Рис. 9.29. Схема обоснования температуры получения кислорода

Кислород хранится в баллонах (голубой или синий цвет окраски) при начальном давлении 15 МПа. Чаще всего используются 40-литровые, а при небольших объемах работ — 5- и 10-литровые баллоны. Перед работой на баллон ставят кислородный редуктор, с помощью которого устанавливается и автоматически во время работы поддерживается давление кислорода, подаваемого в газовую горелку (0,2…0,4 МПа) или кислородный резак (1,2…1,4 МПа).

Масла и жиры в атмосфере кислорода могут самовозгораться, поэтому при работе нужно соблюдать особую предосторожность: не допускать на рабочем месте грязных тряпок и замасленной ветоши, работать в не замасленных рукавицах.

Ацетилен C₂H₂ получают взаимодействием карбида кальция CaC₂ с водой:

CaC₂ + H₂O  C₂H₂ +Ca(OH)₂.

Из 1 кг технически чистого карбида кальция получается 230…300 литров ацетилена.

Для предохранения ацетиленовых генераторов от взрыва при обратном ударе пламени используются предохранительные водяные затворы.

Ацетилен в сжатом состоянии (3,5 МПа) может храниться в 40-, 10- и 5-литровых баллонах (белый цвет окраски). Так как ацетилен взрыво - и пожароопасен, то необходимы специальные меры его хранения. Ацетилен очень хорошо растворяется в ацетоне (23:1) и в растворенном состоянии не взрывается при давлении до 1,6 МПа, а при наличии в баллоне пористой массы (активированный уголь, пемза…) не взрывается при очень высоких давлениях (свыше 16 МПа). Очень эффективным является использование в баллонах литой пористой массы (ЛПМ). Кроме пониженной взрывоопасности 40-литровые баллоны с ЛПМ вмещают до 7,4 кг ацетилена, а с активированным углем — только 5 кг.

По принципу смешивания газов сварочные горелки могут быть инжекторные и безынжекторные. В инжекторных горелках кислород под давлением 0,2…0,4 МПа через регулировочный вентиль подается в инжектор, через продольные пазы которого подсасывается ацетилен, расход которого также регулируется вентилем. У горелок имеется до 9 сменных наконечников, позволяющих сваривать металлические детали различной толщины. Чем больше номер наконечника, тем больше диаметр проходного сечения горелки и, следовательно, будет больше расход газа, поэтому можно сваривать детали большей толщины.

В зависимости от толщины детали выбирается диапазон расхода газа (номер горелки), а в процессе сварки вращением ацетиленового вентиля горелки более точно подбирается оптимальная мощность горения, а вентилем подачи кислорода — необходимый вид пламени (нейтральное, окислительное или восстановительное). В безынжекторных горелках горючий газ и кислород подаются под одинаковым давлением (0,05…0,1 МПа) в смесительную камеру, выходят из мундштука и сгорают. Эти горелки менее универсальны, сложны в регулировании процесса и используются для сварки очень тонкого материала.